长征五号运载火箭接纳云南文昌当作发射场402com永利,那款火箭为应急发射而生

  出品:科普中国

  靠近赤道提高发射能力新卫星发射中心选址海南

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资料图:俄罗运载运载火箭发射

  作者:矛隼工作室

  借力腾空

  新华网专稿 (新华军事评论员
郑文浩)人类的航天时代,一般认为是从苏联发射第一颗人造卫星开始。苏联在当时首次发射人造卫星“Sputnik”以及进行首次载人航天,极大地震动了美国,以至于到现在美国还有一个词叫做“Sputnik
moment”或者“Sputnik
Time”来形容美国在航天等高科技领域被别国赶超的尴尬时刻。

  监制:光明网科普事业部

  全国政协委员、神舟飞船首任总设计师戚发轫两会期间接受采访时表示,长征5号运载火箭预计2014年首发,将为我国未来空间站的建设和探月工程三期提供运力保障。

  冷战美苏两国对高边疆的争夺,直接导致了第一个人类航天高密度发射时代的到来。1960年,全球航天发射总共不到30次;但是到了1962年就攀升到了80次左右;1967年,这个数字又达到了创纪录的139次。直到现在,这个记录仍然没有被打破。从1967年到1990年,全球航天发射次数基本保持在120次左右浮动,而其中主要参与者当然是美国和苏联。在这个时期,众多的大型航天工程相继上马,例如美国“阿波罗”登月工程、“天空实验室”空间站、航天飞机;苏联的“礼炮”空间站、“和平”空间站;同时美苏两国还向外太空及其他太阳系行星发射卫星以进行深空探测等等。当然,由于航天发射的高风险和高成本,冷战结束后航天发射的次数明显降低,基本在每年在60到80次左右。

  火箭发射可不是个简单的活计,光是准备工作,浪费的时间就多的惊人。别的不说,就前些日子的FH重型猎鹰,发射准备工作持续了个把月。而对于一些比较急的发射任务,像拯救飞行员,维修航天器,补射损毁卫星,自然是不能靠这些准备缓慢的重型火箭,还得靠一些“旁门左道”。

  法晚记者获悉,目前,承载发射任务的海南文昌发射场各主要工程项目已全部开工,测发、测控、通信等参试设备研制整体进入攻坚阶段,有望于2013年建成并投入使用。

  在当时的美苏“太空竞赛”中,其发射密度之高令今天的我们叹为观止。根据有限的资料,我们可以截取一个历史片段来回顾当时你追我赶的景象。以1971年为例,苏联拜科努尔航天中心,从4月19日到5月28日,相继发射礼炮-1空间站、联盟-10号飞船、“宇宙-419”侦察卫星、火星-2号探测器、火星-3号探测器。从实际的时间来看,这五次发射平均间隔在一周左右。而同年美国从7月16日到8月27日,相继在范登堡空军基地和肯尼迪宇航中心,发射了一艘阿波罗-15号登月飞船和多颗卫星,其中范登堡基地在8月7日,进行了“一箭九星”的发射,紧接着5天后又发射了一颗间谍卫星。

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  文昌卫星发射基地是我国第四座卫星发射基地,也是我国纬度最低的发射基地,该基地投入使用后,将进一步提高我国卫星发射能力,并且增强我国在国际卫星发射市场的竞争力。

  我们可以明显的看出,这一阶段美苏两国不但进行着登月和太空站建设这样的大规模航天工程,而且还要兼顾军用卫星的发射工作,这对火箭和航天器的质量
,对整个航天测控系统的要求,都提出了非常高的标准。而这种高密度的发射,风险也同样在所难免。以苏联的发射为例,礼炮-1空间站和联盟-10号飞船的火箭发射都没有任何问题,准确进入轨道,但苏联人没想到的是礼炮-1空间站的对接舱门会出现问题,等3天后联盟-10号飞船搭载宇航员进入太空准备对接的时候,才发现这个故障导致对接失败,宇航员不得不放弃任务返回地球。“宇宙-419”侦察卫星则是由于火箭的问题没有进入轨道。至于说火星-2号探测器、火星-3号探测器,他们都准确抵达了火星轨道并向火星表面释放了探测着陆器。但不幸的是,火星-2号的着陆器直接坠毁,火星-3号的着陆器则在着陆后失去联络信号,不知所踪。如果从完成任务目的角度来讲,苏联这几次航天任务失败率高达百分之一百。这也并不说美国就比苏联好多少,纵观这个时期的航天历史,美国和苏联都遭遇到航天领域的重大失败和挫折。

  图为UR-100火箭示意图(来源:wiki百科)

  原理解读·速度

  航天活动,并不仅仅是火箭发射的问题,诚然在这个阶段失败的次数很多。随着人类航天活动的日益复杂,任何一个环节出现失误,都有可能造成任务的失败,特别是在载人航天以及深空探测等活动中。而在高密度的航天发射中,对整个航天发射体系、环节的考验就更加苛刻。从某种意义上来说,高密度发射是一个国家成长为航天强国不可回避的一道门槛。在这个过程中,或许有挫折,但只要秉承着客观严谨的“归零”精神,总结教训借鉴先进经验,就能够跨过这道门槛。

  这些“旁门左道”中,准备速度最快的莫过于前苏联的“宇宙”系列火箭。这个“宇宙”的来头不小,一开始是战略火箭军的洲际导弹,应用了当时最先进的火箭发动机技术。第一代UR-100在1960年代投入使用,不仅作为航天火箭,也作为洲际导弹威慑美国。在作为洲际导弹使用的时候,发射准备时间约莫25分钟,比第一代R-1和R-7A导弹动辄2-3小时的发射准备时间要快得多。而作为运载火箭使用,准备时间则需要几个小时至2天,取决于当地气候和发射窗口时机。如果不考虑轨道直接强行发射,也不是不不行,就是发射载荷低了很多,难以与正常运载火箭相比。

  火箭发射场距离赤道越近、纬度越低,发射卫星时就可以尽可能地利用地球自转产生的离心力,因此所需要的能耗较低,使用同样燃料可以达到的速度也更快,卫星消耗的燃料可节约100公斤左右优势

  图为UR-100(SS-19)导弹(来源:wiki百科)

  地理优势:海南具有优美的自然环境,且能源、交通和通讯都具备建设航天发射场的条件,能提供有力的后勤支持

  但是UR-100也存在着相当多的问题,它的载荷能力严重不足,甚至不能将“联盟”号飞船送上天。在不考虑发射窗口的紧急发射中,UR-100的LEO轨道投送能力甚至不到1吨,连苏联自家最小的“闪电”通讯卫星都发射不了。这样低的载荷能力,严重影响了紧急卫星发射的意义。

  交通方便:大型运载火箭可以利用船舶运输,运输的火箭直径不受限制

  UR-100火箭的后代被命名为UR-200,西方则称为“宇宙-3”.这种火箭的常规发射LEO载荷达到了5吨,在紧急发射中也达到了2吨以上。相比于其他运载火箭,其发射准备时长大大缩短,一般发射任务需要2周准备,紧急发射待命火箭则不到1小时。由于轨道投送能力有了突破性提高,可以不考虑发射窗口紧急补射卫星或者发射救援飞船。

  安全性好:大型运载火箭各级落区都是海洋,没有国土污染。发射同步轨道卫星,射向不经过人口稠密地区

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  综合开发:建在海南,在进行商业发射的同时,还能促进海南旅游业的发展

  图为UR-200火箭(来源:wiki百科)

  劣势

  紧急发射能力使得UR-200火箭获得了很多非凡的使命,打两颗卫星都是小意思了。其中最为典型的,还是礼炮-7号任务。之前俄罗斯上映的太空航天大片《礼炮七号》任务中,救援礼炮-7号空间站就是由UR-200火箭发射,由于发射窗口得当,包括改造联盟T-13飞船在内的整个准备时间不到2周就完成了。在苏联航天员弗拉基米尔·贾尼别科夫和航天工程师维克多·萨维内赫进行了非常规对接,最终挽救了价格不菲的空间站。

  气候:常受到强热带风暴和台风的影响

  而UR-200急速发射能力的体现,还得说到苏联的大规模核战演习——盾牌-82。演习中,需要发射一种“卫星歼击机”,实质上就是“反卫星卫星”去追赶目标卫星,在它旁边爆炸,依靠破片达成杀伤效果。由于当时技术并不成熟,这种“卫星歼击机”有一定的脱靶概率,如果第一发脱靶后对靶标束手无策,难免会让美国人笑话。政治局决定了,就由UR200来承担这个“补锅”的重任。

  长征5号

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  长征5号火箭将采用液氧和煤油,燃烧产物主要是水和二氧化碳,污染较小。长征5号火箭和欧洲研制的阿丽亚娜-5型火箭水平相当,甚至一定程度上功能更强。

  图为“质子号”(UR-500)火箭(来源:wiki百科)

  402com永利,长征5号与其他国家部分火箭参数对比

  在48小时内,苏联紧急发射了2枚UR-200火箭作为反导系统拦截的靶标,1枚UR-200火箭携带卫星进入1050km高轨道作为反卫星拦截的靶标。拦截过程中,不出政治局的预料,由于“质子”号发射的拦截器一发不中,拜科努尔航天中心的专家们差点只能看着靶标“望靶兴叹”。国土防空军紧急翻出UR-200的储备,又用“宇宙-3M”(UR-200系列产品)紧急发射2枚“卫星歼击机”,彻底摧毁了靶标。而这些全部5枚UR-200火箭的发射任务都在不到24小时内完成,拦截过程在72小时内完成,其紧急应变能力可见一斑。

  注:LEO全称是LowEarth
Orbit,近地轨道,即航天器距离地面高度较低的轨道。通常用LEO载荷来判断一款火箭的运载能力。

  在苏联解体后,UR-200的紧急发射必要性不在,普通的任务完全可以使用更老更便宜的UR-100火箭完成,更大载荷的任务则由“质子”号火箭完成。UR-200逐渐只承担为国际空间站提供补给的任务。在俄联邦下一代火箭计划中,整个“宇宙”系列运载火箭会被新型大载荷火箭所取代。

  美国肯尼迪航天中心与卡纳维拉尔角航天中心

  不过,快反火箭并非如此消失在历史的长河中,中国研发出了长征十一号固态运载火箭,正是对于宇宙系列火箭的继承,其也拥有快速发射的能力,可以说是我国的应急尖兵。

  (北纬28度)

  本版文/记者 王永生协助制图/王敬霞王媛媛王岳

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